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關鍵詞：核電站；保護系統；定期試驗儀；研制
宗文彪（1965－）
河北玉田人，高級工程師，主要從事核電站儀控設備系統改造工作。
1 背景
大亞灣核電站目前使用的核反應堆保護系統定期試驗儀是由法國廠家隨保護系統設備供貨的，已出現嚴重的設備老化問題，設備可靠性降低，給試驗和維修工作帶來不便。如果該試驗儀不能正常使用，將給機組可靠運行和核安全帶來隱患。繼續引進國外設備不僅價格昂貴、供貨周期長，而且人機界面很難滿足用戶的要求。鑒于這種情況，大亞灣核電運營管理有限責任公司決定聯合北京廣利核系統工程有限公司，為大亞灣核電站研制新的試驗儀。新的試驗儀與原有試驗儀相比在設備可靠性、系統自診斷、人機接口，故障分析等方面都有顯著提高。在2007年5月的機組大修期間已完成了對新試驗儀的所有驗證工作，結果滿意。
大亞灣核電站的反應堆保護系統采用固態磁邏輯技術，從硬件結構可劃分為A/B兩個系列（TRAIN），每個系列又分為完全相同的X和Y兩個“半”邏輯模塊；從保護功能可劃分為反應堆緊急停堆和專設安全設施兩部分。定期試驗的目的是驗證保護邏輯工作正常，每次試驗只在一項功能的一個邏輯模塊上進行。
2 研制的思路
新試驗儀的研制劃分為資料收集、設備研制、試驗驗證三個階段。
資料收集階段完成的主要工作有收集整理試驗儀應采用的標準、原有試驗儀的功能、圖紙、反應堆保護系統的圖紙和定期試驗要求、嶺澳核電站反應堆保護系統定期試驗儀的PLC軟件、反應堆保護系統邏輯機柜的響應時間等，并依據收集到的資料編制改造可行性分析報告。
設備研制階段完成的主要工作有：RPR系統模擬設備開發，試驗儀硬件設備選型與集成、人機界面要求與組態、編制試驗軟件、設備調試等。
驗證階段進行的試驗有：模擬裝置與原有定期試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置能夠模擬反應堆保護系統的邏輯；模擬裝置與新試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置狀態相同時，新試驗儀與原有試驗儀測試的結果相同；新試驗儀與實際的反應堆保護系統連接試驗，驗證新試驗儀與實際系統的相容性、驗證新試驗儀與原有試驗儀的試驗結果相同。
3 設計要求
試驗儀用于在任何電廠運行條件下對反應堆保護邏輯進行試驗，試驗的目的是通過探測所有的非安全故障，驗證邏輯保護設備能夠執行其保護功能；探測所有的安全故障，以保證電廠的可用率。試驗范圍應該和儀表通道試驗、執行機構試驗部分重疊，以保證對保護通道進行全面的試驗。
試驗儀只有在進行試驗時才與邏輯保護設備連接。根據需要，試驗儀可以在自動模式下運行也可以在分步模式下進行。在分步試驗模式下，試驗儀應具有驗證邏輯圖中間信號的功能，特別要能驗證那些傳送到主控室的中間信號。
定期試驗儀從邏輯模塊的輸入端注入試驗信號，從最終輸出“與”門的上游接受該邏輯模塊的響應信號；
試驗儀的每個輸入/輸出端都與其它邏輯模塊進行電氣隔離，以保證試驗儀的故障不會引起邏輯設備的安全故障和非安全故障；
試驗儀在同一時間內只能與一個邏輯模塊相連，而且只有試驗時才連接。同一期間內，試驗儀只能對停堆X/停堆Y/專設X/專設Y四個邏輯模塊中的一個邏輯模塊的輸入端注入信號；
試驗儀人機接口及故障診斷功能，除了能完成原有定期試驗正常顯示及報表、試驗故障顯示及報表的功能外，還要求具備故障診斷功能，能對被測系統的故障進行分析及診斷，能針對出現的不同故障，在人機界面及打印報表上給出相應的處理流程、需查閱的圖紙等處理提示信息。
4 試驗儀的硬件
系統結構如下圖1所示。
圖1 T2試驗臺系統結構圖
5 試驗儀的軟件
5.1 監控臺軟件
在監控臺上運行的軟件是采用北京和利時系統工程有限公司的SmartPro系統的FacView人機界面軟件，該軟件運行在Windows2000操作系統上所實現的功能包括：
● 試驗參數設定
● 用戶管理
● 操作日志
● 試驗報警
● 歷史報警查詢
● 通訊鏈路診斷
● 試驗過程動態監控
● 歷史報表查詢
● 故障診斷
監控臺人機界面軟件是最直接和最重要的人機交互界面，支持專用鍵盤等外部設備。
5.2 PLC軟件
試驗儀的試驗主體采用的是Schneider QUANTUM系列PLC，使用Schneider Concept組態工具，采用符合IEC1131-3標準的編程語言設計編寫。由于對反應堆保護系統的定期試驗分為緊急停堆和專設安全設施兩部分，軟件也編寫為完全獨立的兩個，在進行試驗時先在試驗儀上安裝需要的試驗軟件。
緊急停堆試驗軟件分為預處理和緊急停堆邏輯驗證試驗兩部分。預處理部分的主要功能是，硬件檢測、通訊檢測、系統初始化等。緊急停堆邏輯驗證試驗包括40個序列，每個序列含有若干個步，PLC程序含有13個模塊，通過執行這些模塊完成試驗，這13個模塊是：
● Cacul-Result-AU 計算中間變量，用于判斷試驗是否成功；
● Mod-Sel-AU 試驗模式選擇，用于選擇自動試驗或手動試驗；
● SeqPas-Sell-AU 設定初始序列號和步號；
● Log-Cnfm-AU 選擇試驗邏輯、通道、機組；
● Sq00-AU 注入00序列，完成注入正式試驗信號的準備工作；
● XMO-AU 確定試驗的序列號和步號；
● Seq01-AU～Seq40-AU 注入序列1～40；
● AutoOK-AU 自動模式下試驗成功后進入本模塊；
● StepOK-AU 手動模式下試驗成功后進入本模塊；
● Auto-Reset-AU 自動模式下，按下RESET按鈕進入本模塊；
● Test-Finish-AU 試驗完成后進入本模塊；
● Test-Err-AU 試驗失敗后進入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
專設安全設施試驗軟件分為預處理和專設邏輯驗證試驗兩部分。預處理部分的主要功能是，硬件檢測、通訊檢測、系統初始化等。專設邏輯驗證試驗包括32個序列，每個序列含有若干個步，PLC程序含有13個模塊，通過執行這些模塊完成試驗，這13個模塊是：
● Cacul-Result-AS 計算中間變量，用于判斷試驗是否成功；
● Mod-Sel-AS 試驗模式選擇，用于選擇自動試驗或手動試驗；
● SeqPas-Sell-AS 設定初始序列號和步號；
● Log-Cnfm-AS 選擇試驗邏輯、通道、機組；
● Sq00-AS 注入00序列，完成注入正式試驗信號的準備工作；
● XMO-AS 確定試驗的序列號和步號；
● Seq01-AS～Seq32-AS 注入序列1～32；
● AutoOK-AS 自動模式下試驗成功后進入本模塊；
● StepOK-AS 手動模式下試驗成功后進入本模塊；
● Auto-Reset-AS 自動模式下，按下RESET按鈕進入本模塊；
● Test-Finish-AS 試驗完成后進入本模塊；
● Test-Err-AS 試驗失敗后進入本模塊；
● SR系列 子程序系列。
6 驗證方法
為了驗證定期試驗儀能夠完成設計功能，專門研制了一臺模擬測試裝置，該裝置能夠真實模擬大亞灣保護系統邏輯，包括設備正常狀態和設備異常狀態，以確保完整地對定期試驗儀進行測試。
模擬裝置可以實現以下功能：
● 模擬滿功率工況下緊急停堆邏輯
● 模擬冷停工況下緊急停堆邏輯
● 模擬熱停工況下緊急停堆邏輯
● 模擬滿功率工況下專設邏輯
● 模擬冷停工況下專設邏輯
● 模擬熱停工況下專設邏輯
● 信號錄波功能，必要時詳細記錄指定的輸入輸出信號，以便對試驗結果進行深入分析
模擬裝置的結構如圖2所示。模擬裝置與試驗儀之間通過接插件001PJ～007PJ連接，其中001PJ～004PJ為試驗儀向模擬裝置注入的試驗信號，005PJ～007PJ為從模擬裝置返回的捕獲信號。
圖2 模擬裝置系統結構圖
模擬裝置與原有定期試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置能夠模擬反應堆保護系統的邏輯。試驗內容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用原有試驗程序完整的執行定期試驗，確認試驗過程正常、結果滿意；在模擬裝置內設置局部故障，使用原有試驗程序執行定期試驗，確認試驗中能檢測到設置的故障，并對重要信號進行錄波，以便對新試驗儀進行驗證時對重要信號進行對比。
模擬裝置與新試驗儀的連接試驗，驗證模擬裝置狀態相同時，新試驗儀與原有試驗儀測試的結果相同。試驗內容有：用模擬裝置模擬正常工況，使用新試驗儀完整地執行定期試驗，確認試驗過程正常、結果滿意；采用故障窮舉的思路在模擬裝置內設置故障，使用新試驗儀進行試驗，確認試驗中能檢測到設置的故障，并對重要信號進行錄波，與原試驗儀試驗時的錄波結果進行對比。
新試驗儀與實際的反應堆保護系統連接試驗。在保護系統停電、機組冷停、機組熱停、滿功率等工況下用新試驗儀進行試驗，驗證新試驗儀與實際系統的相容性、驗證新試驗儀與原有試驗儀的試驗結果的一致性。
7 結束語
本項目成功地完成100萬千瓦級核電站反應堆保護系統定期試驗儀的研制，在核電重大設備國產化方面有邁出了堅實的一步。在核電安全級儀表系統定期試驗與監測方面做了有益的嘗試，為核電新項目中相關設計的自主化，設備的國產化創造了條件。
作者信息：
宗文彪，劉新東，崔國華（大亞灣核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）
柏祥基（北京廣利核系統工程有限公司，北京 100096）
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號